团队新闻

成果主要完成人：

李朝红、柯勇贯、林凌

成果简介：

处于周期势中的单个粒子，因为其空间平移对称性，粒子的能量随布洛赫动量的变化通常会形成连续的能带。拓扑能带理论建立了能带拓扑特性与物理属性的内在联系，成功地解释和预言了许多新奇的拓扑量子物态，如量子霍尔效应和拓扑绝缘体。 不同于周期晶格势中的电子体系，周期势中的原子和光子体系具有一些独有的特性，可导致传统拓扑能带理论失效。其一，原子之间的相互作用打破了单粒子平移对称性，从而导致单粒子能带不存在；其二，原子与光子之间的相互作用可带来长程耦合，从而导致能带不连续。能带的不存在和不连续颠覆了传统拓扑能带理论的基础，提出了新的科学难题。

本团队迎难而上在非传统拓扑量子物态方向开展攻关。取得的突破包括：（1）针对单粒子能带的不存在，基于多粒子共同平移对称性提出了多粒子拓扑能带理论，预言了相互作用诱导的束缚态拓扑输运和拓扑共振隧穿，被国际知名研究组的实验证实，特别是拓扑共振隧穿是一类完全没有单粒子对应的新奇关联拓扑物态。（2）针对能带的不连续，基于波导量子电动力学体系提出了拓扑反能带理论，揭示了依赖拓扑的光子散射，发现了光子频率驱动的拓扑相变，这类拓扑相变完全不同于凝聚态物理中由电子材料结构决定的拓扑相变。我们的研究拓展了传统拓扑量子物态研究的边界，为多粒子关联拓扑物态的表征和应用奠定了坚实的理论基础。

图1 相互作用诱导的束缚态拓扑输运和拓扑共振隧穿

图2 拓扑反能带理论

相关链接：

https://www1.szu.edu.cn/board/view.asp?id=527951